光速是否在減慢？物理學家：光速最初可能無限大！

光速

現代物理學建立在一個基本概念上，即光速是恆定的，它在真空中的大小是299792.458千米/秒。正是基於這樣的前提，愛因斯坦在1905年創立了狹義相對論。那如果並不是這樣的呢？儘管近年來一些有爭議的事件質疑了光速總是以恆定速度傳播的觀點，但事實上，我們早就知道有幾個現象比光傳播得快，且不違背相對論，例如，切連科夫輻射、宇宙暴脹、量子糾纏。

愛因斯坦認為，光速在宇宙中都是一樣的，但這可能存在一個問題。今天，科學家對宇宙的同質性感到驚奇，其中一個方法是可以通過研究宇宙微波背景（CMB）來判斷。這是宇宙大爆炸留下的光，它位於宇宙的每個角落。

無論從哪個方向檢測宇宙微波背景，它的溫度總是相同的-270.43攝氏度。如果是這樣，且光以恆定的速度傳播，它怎麼能從宇宙的一個邊緣到達另一個邊緣呢？因為宇宙目前的直徑為930億光年，整個宇宙不可能通過交換光子來達到溫度均衡。到目前為止，科學家們毫無頭緒，只能猜測在早期的膨脹領域中存在一些特殊的情況。

宇宙微波背景

早在1998年，倫敦帝國理工學院的Jo?o Magueijo教授和加拿大圓周理論物理研究所的Niayesh Afshordi博士對此提出了一個理論，他們認為，隨著時間推移，光的速度會逐漸變慢。為了尋找支持這種觀點的線索，需要調查宇宙微波背景，但是當時沒有合適的儀器。

這兩位物理學家完全排除了暴脹時期。相反，他們認為，宇宙初期時存在的超級熱量（溫度可達一萬億億億度）允許包括光子在內的粒子以無限速度運動。因此，光會到達宇宙中的每一點，導致我們今天可以觀測到宇宙微波背景的均勻性。次年的一項實驗，似乎表明這種理論有一定的可能性。

1999年，哈佛大學的物理學家Lene Vestergaard Hau進行了一項實驗，她把光速降低到61千米每小時，震驚了全世界。Hau研究在絕對零度以上幾度的材料，在這樣的環境中，原子的移動非常緩慢。它們開始重疊，變成了所謂的玻色-愛因斯坦凝聚態。在這裡，原子變成了一塊大型雲狀物，表現得像一個巨大的原子。

玻色-愛因斯坦凝聚態

Hau朝0.2毫米寬的鈉原子云狀物發射了兩束激光。第一次激光改變了雲的量子性質。這增加了雲的折射率，使第二道光的速度減慢到61千米每小時。

2001年的一項發現也為光速可變理論提供了線索。天文學家John Webb在研究宇宙深處的類星體時有了一項發現。類星體實際上是活躍的超大質量黑洞，其亮光來自於包裹著它的吸積盤中的氣體摩擦。

Webb發現，有一個特別的類星體在接近星際雲的時候，吸收了一種之前沒有預測到的不同類型的光子。只有兩個原因可以解釋這一點，要麼是它的電荷改變了，要麼是光速變化了。不久後，一項研究發現，光子不能改變極性，因為這違背了熱力學第二定律。

類星體

2015年的另一項突破性研究進一步挑戰了光速不變性，格拉斯哥大學和赫瑞瓦特大學的物理學家在室溫下成功地把一個光子在沒有折射的情況下減慢了速度。在實驗中，他們建造了光子軌道，使兩個光子能夠並排而行。其中一條軌道不受阻礙。另一條帶有一個類似靶心的「面具」，中間是一個狹窄的通道，光子必須改變形狀才能擠進去。結果顯示，光子的速度降低了大約1微米/秒，不是很多，但或能證明光並不總是以恆定的速度運動。

如今，儀器已經可以在很高的精度下探測宇宙微波背景。正因為如此，2016年Jo?o Magueijo 和 Niayesh Afshordi發表了另一篇論文。他們目前正在測量宇宙微波背景的不同區域，並且研究星系的分布，尋找線索來支持他們的觀點——宇宙最早期的光打破了光速限制。

這又是一個邊緣理論。然而，如果被證實的話，它將會帶來顛覆性的影響。Magueijo表示，整個物理學都是基於光速恆定而建立的，所以物理學家必須在不破壞整體的情況下，找到改變光速的方法。據估計，這兩位物理學家的最新研究應該在2021年完成。

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